光刻胶产品的生产工艺和质量管控

许咏梅

摘 要：光刻胶产品主要适用于集成电路产业和平板显示器产业的光刻工艺，以得到精细线路。文章介绍了光刻胶产品工业化生产的工艺流程和质量管控。

关键词：光刻胶；生产工艺；质量管控

前言

所谓光刻胶（photoresist，国内又称为光致抗蚀剂），是一类利用光化学反应进行精细图形转移的化学品。

由于光刻胶使用在特殊光刻工艺上，属于精细化工材料，生产量并不太大。集成电路（IC）产业用的光刻胶一般以5升的容器为包装，而FPD产业用的光刻胶由于基板尺寸的大型化，所用光刻胶量较大，目前以20L或200L的容器为包装。全球生产FPD用光刻胶的主要厂家，为配合FPD工厂的实际使用，都集中在FPD工厂密集的日本、韩国、台湾地区、和中国，包括全球生产商AZ，日本的TOK（日本应化），ZEON（丸红），韩国的东进等，已有多年光刻胶工业化生产经验，在原物料的选用，生产工艺流程和产品质量的管控方面，已发展成熟，能得到稳定的产品质量，以保证FPD工厂的使用。

1 光刻胶材料的生产工艺和质量管控

光刻胶的功能参数要求和质量要求一直随电子产品工艺的变化和发展而提高，以适应发展的要求。金属离子含量的控制已从10年前的ppm级发展到ppb级，有些配套溶剂已控制在ppt级的水平。而微粒子的控制粒径也越来越小，从1.0um-0.5um-0.2um-0.1um发展，配套的无色溶剂已控制到更小数量级的粒子。

如我们在“光刻胶产品介绍”中所提到，由于光刻胶产品被运用于集成电路产业和平板显示器产业，以取得精细的电子线路。在光刻工艺中，光刻胶经过涂膜-烘干-曝光-显影-蚀刻-剥离这些工艺过程，对光刻胶的涂布均匀性、粘附性、耐热性、耐蚀刻性、膜厚和感度的稳定性、清洁度以及各质量特性对工艺条件的依存性都有要求，所以光刻胶有较高的质量要求。其生产工艺要求和质量管控也相应有其特点，通过光刻胶生产过程中各步骤的分步控制，得以保证光刻胶产品各生产批次间的性能稳定，易于进行工艺上的调整，以保证在客户端使用时，感光度、膜厚等性能特性在逐批使用时不需调整各大型设备的工艺参数仍能保证精细线路的稳定性。

在光刻胶的生产工艺中，需要注意以下几点：

（1）整个生产环境是恒温恒湿的洁净环境，且在黄光环境下进行生产，检测等工作。（2）生产所用的混合罐，加液管道等，一般采用优质不锈钢材料，有些还需加涂聚四氟乙烯材料，且在使用前用洁净溶剂清洗。（3）感光剂需预先与溶剂混合，经过充分搅拌，与溶剂成为均相液体，然后再与树脂混合。（4）为保证批次的稳定性，采用先分别调制生产高感度、低感度的半成品，再按照一定配比，混合得到所需感度的产品，然后加入溶剂稀释，得到符合动粘度规格的产品。（5）产品调整结束后（指达到感度和动粘度规格），采用合适的过滤方式，以保证产品的洁净度。

2 光刻胶生产的质量管控

为了满足最终产品符合严格的标准，对产品的整个过程进行严格的质量管控。

光刻胶生产所用的原料在进厂时需进行进厂检查，并进行数据统计，以追踪原材料质量有无异常，而光刻胶所用到的溶剂、树脂原料等，需符合电子级化学品的要求。直接接触产品的包装容器是清洁容器，一般经过洁净水清洗和高纯氮气的吹干工艺，满足洁净度（金属离子和微粒子方面）的要求。

酚醛树脂的合成过程中，由于甲醛的高挥发性，使得反应体系中酚、醛的比例难以控制稳定，导致酚醛树脂批次间的分子量分布难以重复，从而导致光刻胶产品在碱液中溶解速率不稳定，而直接影响光刻胶的感度。为了保证光刻胶产品的稳定性，在生产工艺中采用了分步法，即先分别生产高感度光刻胶半成品和低感度光刻胶半成品，并取样检测后，再进行配合比试验，以便得到针对每批不同树脂原料不同的精确配方，并根据这个配方投料生产，以得到感度稳定的产品。在进行配合比试验的同时，也会针对每批原料测试得到不同的溶剂配比，以保证产品的膜厚稳定。也就是为得到稳定产品，进行了事先的控制，通过对半成品的检测和配方测试，精细控制来得到性能稳定的产品，尽量消除产品批次间的波动。在实际生产中，在根据配方，投料混合后，还通过中间检测，来确保投料的准确性，如与标规格有偏差，将再进行调整。充分保证产品质量在规格之内并减小差异。

为保证产品的清洁度，产品调整结束后，将进行循环过滤。并在充分过滤后，测定微粒子，控制产品中的粒子数。随着用户对清洁度要求的提高，可以通过延长过滤时间和选用更小粒径的滤芯来降低产品的粒子数。虽然也有工艺会用离子交换滤芯来降低产品的金属离子含量，但更多的工艺是依靠控制原材料金属离子含量，以及保证管道和生产釜的清洁度来控制产品中金属离子的含量。

3 结束语

根据IT产业的摩尔定律（Moore Law）：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，每过18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这个规律也适用于同为电子产业的平板显示产业。电子产业的发展日新月异，技术不断更新和发展。而电子化学品，是电子产业的基础，高质量的电子化学品是制造出高性能的电子元器件的保证，其技术也随着电子产业的发展而不断更新发展。

我国也意识到电子化学品对电子终端产业的发展与进步有重大意义，必须大力发展电子材料产业，缩小电子材料与国外先进水平的差距，提高国内自主配套能力。光刻胶作为特殊性能的电子化学品，紫外正性光刻胶的产业化技术在国际上已相当成熟，如AZ，TOK，DONGJIN，JSR，ZEON等公司，已有几十年生产光刻胶的历史，生产工艺成熟，产品质量稳定。近年来，我国通过引进外资企业，组建合资企业，或直接从国外进行技术转移等方式，大力促使光刻胶的生产本土化，就近生产化。在大型的FPD工厂周边，引进配套的电子化学品企业，形成上下产业链，很好的提高了配套能力，促进了电子产业的整体发展。如国内最大的液晶显示器生产集团-京东方（BOE），成立了集团子公司进行光刻胶的研发和生产，更在近期购买了原日本TOK的技术，以期达到在集团内部的自主配套。

工信部于2012年发布了《新材料产业“十二五”发展规划》，专门就新材料产业部署了发展规划，这在我国尚属首次，国务院在制定发展规划时，将新材料列为国家重点培育和发展的七个战略性新兴产业之一。明确提出新材料产业是战略性新兴产业发展的支撑和保障，是其他六大新兴产业：新能源、节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源汽车等战略性新兴产业发展的支撑。相信我国的光刻胶产业也会得到蓬勃的发展，以适应新一代信息技术不断发展的脚步。

参考文献

[1]Palph R.Dammel for SPIE Short Course SC104[Z].2002.

[2]液晶战争-京东方8.5代液晶生产线[Z].